单元件超声波换能器的大批量制造制造技术

一种单元件超声波换能器，由同时生产出多个换能器元件的层压板制成。该层压板包含压电陶瓷、匹配层和具有后电极的背衬层。所述层压板在安装在日东带上时被分切，以使单独的元件在分切之后保持位置。所述元件的侧面被绝缘涂层覆盖，这样通过将所述后电极结合到柔性电路的信号导体，以及通过金属化涂覆所述被安装的换能器元件和所述柔性电路上的回路导体而将所述匹配层结合到回路导体，允许将所述换能器元件表面安装在所述柔性电路上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及声学换能器，尤其涉及单元件超声波换能器。
技术介绍
用于超声波系统的单元件换能器将声学超声波能从换能器元件的发射(前)面发送和/或接收超声波能，并将其转换成用于处理的电信号。单元件换能器可与阵列换能器相区分，所述阵列换能器以从多个元件同时地定时发送和接收超声波的方式来工作。传统上，单元件换能器已经通过形成圆形的压电陶瓷件而生产出，其中该压电陶瓷件具有镀在其前表面和后表面上的电极。盘状元件被放入圆柱形壳体内。然后，将陶瓷件的前电极和后电极手工附接到能驱动所述换能器的电导体。接下来，在所述盘的患者面上浇铸声学阻抗匹配层，且在所述换能器的后侧上浇铸声学背衬以吸收从所述陶瓷件的后面发射出的不希望的声能。对于构建过程来说，所形成的结构是劳动密集型的，且不能很好地适应大批量制造。
技术实现思路
根据本专利技术的原理，通过对材料和组件的大量处理以及通过取消换能器壳体，单元件换能器的低成本、大批量制造是可行的。本专利技术的换能器结构形成了有益于在柔性电路上表面安装的机械形式，以便与超声波系统的高效电端接和连接。附图说明在附图中：图1a、1b和1c示出大块压电陶瓷层压件的大量分切。图2和3示出来自从大块层压件的单元件，所述单元件已经被聚对二甲苯涂层绝缘。图4示出单元件换能器的环氧树脂绝缘。图5示出柔性电路，在所述柔性电路上安装了多个单元件换能器。图6示出用于安装一个单元件换能器的柔性电路。图7a和7b示出安装在图6的柔性电路上的换能器元件。图8示出安装有图5的换能器的柔性电路，所述柔性电路围绕用于血管内套管的远侧插入件缠绕。图9示出用于图8的组件的声窗。图10示出当安装在图8的组件上时图9的声窗。图11示出当封装在导管末端的围壳内时图10的组件。具体实施方式首先参照图1a-1c，示出了大块压电陶瓷层压件10，该压电陶瓷层压件将被加工而形成多个单元件换能器。大块层压件的制备从已经被研磨到用于单元件换能器的预期厚度的压电陶瓷板开始。然后给所述陶瓷板施加前电极和后电极。在所述陶瓷板的一个面上浇铸导电的声学匹配层，并研磨到用于预期阻抗匹配的必要厚度。在所述陶瓷板的另一侧面上浇铸导电背衬并研磨到一光洁度。典型的背衬是环氧树脂，其中悬置有金属颗粒。所述背衬借助于悬置的颗粒的能量散射而衰减从换能器元件的后面发射的声能。替代性的方案是作为单独的部件浇铸所述匹配层和所述背衬并研磨到最终的厚度，然后将它们结合到所述陶瓷件。然后，在所述背衬的后表面上溅射金属层以形成信号电极。然后将这样形成的大块层压件10以匹配层一侧向下的方式安装在日东(nitto)带上，其中日东带是通常用在半导体制造中的低粘性胶带。然后，将安装在日东带上的大块层压件10分切成单独的换能器元件，如图1a-1c所示。于是，贯穿所述大块层压件形成第一系列的平行分切切口12，所述分切切口稍延伸入日东带内，以确保完全地切出所述元件的侧面，如图1a所示。接下来，所述大块层压件被相对于第一系列的切口调整方向-60°的第二系列的平行切口14分切，如图1b所示。最后，形成相对于第一系列的切口调整方向+60°的第三系列的平行分切切口16。结果，大块层压件板10被分切成大量六边形的、仍粘附到日东带的单元件换能器，如图1c所示。虽然这个示例的处理过程形成了六边形的换能器元件，但也可以分切成八边形或方形形状的元件，或通过芯钻所述大块层压件而切出圆形元件。也可以使用其他期望的形状。在切成单体的元件10’仍然安装在日东带上的情况下，所述元件的侧面现在被电绝缘。这可以通过各种技术来完成。一种是通过气相沉积用聚对二甲苯涂覆所述元件的暴露表面。所述聚对二甲苯涂层在所述元件的除了具有匹配层22的前表面之外的所有表面上形成绝缘的、高电介质聚合物涂层20，所述匹配层通过被粘性地附接到日东带而被掩蔽。然后，将在所述元件的后面上的聚对二甲苯涂层20进行激光消融，以形成贯穿聚对二甲苯的窗口，所述窗口暴露出每个元件的后电极28。还使用激光来剥离每个切口底部处的聚对二甲苯涂层以将所述换能器切成单体。作为选择，所述后电极可在沉积过程中被掩蔽，以允许后期对所述后电极的电接入。在图2中以局部剖视图的形式和在图3中以透视图的形式示出了通过聚对二甲苯涂层20处理的元件。用于使所述元件的侧面绝缘的另一技术是利用非导电的环氧树脂灌注切成单体的元件之间的分切切口，如图4所示。该图示出了在两个切成单体的元件10’之间的已经填充环氧树脂的分切切口12。所述填充过程不允许外溢到元件10’的顶部上，使得后电极28保持暴露以便电连接。如前述，在元件10’的前表面上的匹配层22由于其附接到日东带30而避免了环氧树脂的掩蔽。在环氧树脂已经固化之后，所述元件被再次分切，但现在用的是比过去用于分切所述陶瓷层压件的分切锯更薄的分切锯。这次分切利用限于环氧树脂中心的切口将切成单体的元件再次分离，如图4中的虚线a-a所示，这样在元件10’的侧面上留下绝缘的环氧树脂涂层。现在切成单体的元件处在用于表面安装在柔性电路上的状态，所述柔性电路联接到达和来自所述元件的电信号。众所周知，柔性电路包括柔性非导电基底，在所述基底上已经形成导电迹线、垫盘和区域。在图5中示出了用于安装四个换能器元件10’的柔性电路40。在该示例中，浅阴影区域是导电材料，更深阴影区域是没有导电材料。在柔性电路40的可见的一侧上的大部分区域包括回路导体44，该回路导体将被联接到被安装元件的导电匹配层22。通过圆形空白区域与所述回路导体隔离开的四个小型圆形导电区域42电联接于所述柔性电路的背侧上的迹线，且将联接于所述元件的信号电极。元件10’的信号电极28与柔性电路40的信号导体42的电连接是通过从日东带30上拾取元件10’并以电连接的方式将其结合到柔性电路40上的信号导体42而形成的。图5示出了已经结合到柔性电路中心的信号导体的换能器元件10’。所述结合可以利用小滴导电环氧树脂来完成，或是利用非导电环氧树脂的薄结合。另外三个元件10’被以类似的方式结合到另外三个信号导体区域42。通过将金属化电极材料施加到每个换能器元件的匹配层的暴露(顶部)表面和沿着所述元件的之前被绝缘的侧面中的侧面向下以及所述柔性电路的周围回路导体44上，来完成用于返回到所述四个元件的面向患者的匹配层22的信号的电连接。这样，回路导体44提供了用于安装在所述柔性电路上的所有元件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单元件超声波换能器组件，包括：压电陶瓷层压件，所述压电陶瓷层压件具有前表面、后表面和侧面，且包括压电陶瓷层、前匹配层和后背衬层；绝缘涂层，所述绝缘涂层形成在所述压电陶瓷层压件的所述侧面上；柔性电路，所述压电陶瓷层压件通过将所述后背衬层电结合到柔性电路信号导体以及将所述前匹配层电结合到柔性电路回路导体而被表面安装在所述柔性电路上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.04 US 61/899,3221.一种单元件超声波换能器组件，包括：
压电陶瓷层压件，所述压电陶瓷层压件具有前表面、后表面和侧面，
且包括压电陶瓷层、前匹配层和后背衬层；
绝缘涂层，所述绝缘涂层形成在所述压电陶瓷层压件的所述侧面上；
柔性电路，所述压电陶瓷层压件通过将所述后背衬层电结合到柔性电
路信号导体以及将所述前匹配层电结合到柔性电路回路导体而被表面安装
在所述柔性电路上。
2.根据权利要求1所述的单元件超声波换能器组件，其特征在于，所
述压电陶瓷层压件还包括被设置在所述背衬层的所述后表面上的信号电
极。
3.根据权利要求2所述的单元件超声波换能器组件，其特征在于，所
述前匹配层还包括导电匹配层。
4.根据权利要求1所述的单元件超声波换能器组件，其特征在于，所
述绝缘涂层还包括通过气相沉积铺设的聚对二甲苯涂层。
5.根据权利要求4所述的单元件超声波换能器组件，其特征在于，所
述绝缘涂层还包括用于电接入所述后背衬层的窗口。
6.根据权利要求1所述的单元件超声波换能器组件，其特征在于，所
述绝缘涂层还包括由非导电环氧树脂形成的涂层。
7.根据权利要求1所述的单元件超声波换能器组件，其特征在于，所
述压电陶瓷层压件是从压电陶瓷层压板分切出的多个压电陶瓷层压件中的
一个。
8.根据权利要求所述的单元件超声波换能器组件，其特征在于，所述
组件还包括日东...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·D·克拉克，B·C·谢勒，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL